1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Спецуправление дорожных работ" (ОАО "СУДР"), Северо-Кавказским филиалом Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (СКФ БГТУ им. В.Г. Шухова).

Коллектив авторов: д-р техн. наук, проф. Б.Г. Печеный, канд. техн. наук, доц. Е.А. Данильян, инж. Б.Ш. Асельдеров, инж. В.Г. Потемкин.

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 30.04.2014 N 846-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) устанавливает рекомендации по контролю качества асфальтобетонов в лабораторных условиях и на объекте укладки смеси с помощью ударного уплотнителя, включающие методики определения оптимальной температуры перемешивания асфальтобетонных смесей, приготовления асфальтобетонных образцов с помощью ударного уплотнителя, определения коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытии и контроля качества асфальтобетонных смесей, поступающих на место производства работ.

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 9128-2009 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия

ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытания

EN 12697-10:2011 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 10. Compatabiliti

EN 12697-30:2004+A1:2007(E) Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 30. Specimen preparation by impact compactor

EN 12697-31:2004 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 31. Specimen preparation qyratory compactor

EN 12697-32:2003 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 32. Labaratoty compaction of bituminous mixtures by vibratory compactor

EN 12697-34:2004+A1:2007(E) Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 34. Marshall test

EN 12697-35:2004 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 35. Laboratory mixing

EN 13108-1:2006 Bituminous mixtures. Material specifications. Part 1. Asphalt Concrete

EN 13108-4:2006 Bituminous mixtures. Material specifications. Part 4. Hot Rolled Asphalt

EN 13108-5:2006 Bituminous mixtures. Material specifications. Part 5. Stone Mastic Asphalt

EN 13108-20:2006 Bituminous mixtures. Material specifications. Part 20. Tupe testing

ASTM D 6926-10 Standard Practice for Preperation of Bituminous Specimens Using Marshall Apparatus

ASTM D 6927-06 Standard Test Method for Marshall Stability and Flow of Bituminous Mixtures

AASHTO D: PP 41-02 Standard Practice for Designing Stone Matrix Asphalt (SMA)

ZTV Asphalt-Stb 07 Zusatzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fur den Ban von Verkehras flachenbefestigungen aus Asphalt

В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 оптимальная температура перемешивания смеси: Температура перемешивания, при которой прочность на растяжение при расколе образца при 0 °C имеет максимальное значение.

3.2 стабильность по Маршаллу: Максимальное усилие, достигаемое при разрушении асфальтобетонного образца при испытании на ребре в обжимном устройстве Маршалла.

3.3 текучесть по Маршаллу: Предельная деформация образца при испытании на ребре в обжимном устройстве Маршалла.

3.4 ударный уплотнитель: Устройство, позволяющее уплотнять асфальтобетонную смесь в форме периодически падающим грузом определенной массы с определенной высоты.

4.1 Приготовление асфальтобетонных образцов для лабораторных испытаний включает нагрев отдозированных составляющих компонентов, их перемешивание и уплотнение заданной навески смеси в металлических формах. Температуры нагрева асфальтобетонных смесей при перемешивании зависят от вязкости (глубины проникания иглы) битумов, что предусмотрено ГОСТ 9128-2009, ГОСТ 12801-98 и EN 12697-35:2004, EN 13108-1:2006, EN 13108-4:2006, EN 13108-5:2006, ASTM D 6927-06 и другими документами. Температуры перемешивания асфальтобетонных смесей на битумах с одинаковой вязкостью по зарубежным стандартам на 15 °C - 30 °C превышают температуры перемешивания, приведенные в российских стандартах (таблицы 1, 2).

Примечание - При применении поверхностно-активных веществ или активированных минеральных порошков для приготовления смесей с вязкими вяжущими температуру нагрева минеральных материалов, вяжущего и смесей снижают на 10 °C - 20 °C.

В российских и европейских стандартах температуры перемешивания асфальтобетонных смесей связаны с вязкостью (пенетрацией) битумов, чем ниже вязкость битума (выше пенетрация), тем ниже температура перемешивания смеси. Однако, как было установлено в работах [1, 2], на температуру перемешивания асфальтобетонных смесей значительное влияние оказывают гранулометрический и минералогический составы минеральных заполнителей.

В результате исследований было также установлено, что по мере повышения температуры перемешивания асфальтобетонных смесей показатели физико-механических свойств образцов, определяемые при сжатии, постоянно растут, а показатели прочности образцов, определенные на растяжение при расколе, растяжение, растяжение при изгибе имеют при определенных температурах перемешивания максимальное значение [1, 2]. При этих температурах достигается максимум прочности при растяжении, изгибе или расколе, и они являются оптимальными. Температуры перемешивания смесей выше пределов, приведенных в ГОСТ 12801-98, и находятся в пределах температур, указанных в европейских стандартах (см. таблицы 1, 2 и таблицу 3). Показатели свойств асфальтобетонов, приготовленных при оптимальных температурах перемешивания, значительно выше, чем у асфальтобетонов, приготовленных при стандартных температурах перемешивания по ГОСТ 12801-98 (таблица 4).

Примечание - В числителе приведены значения показателей, определенные по ГОСТ 12801-98, в знаменателе - полученные на образцах Маршалла.

При повышении температуры смеси вязкость битумов понижается, что способствует обволакиванию поверхности минеральных заполнителей при перемешивании асфальтобетонных смесей. Однако при увеличении температуры усиливается старение битума, которое приводит к росту его вязкости и снижению показателей трещиностойкости.

4.2 Изготовление горячих асфальтобетонных образцов по ГОСТ 12801-98 из смесей, содержащих до 50% щебня, осуществляют методом статического прессования под давлением 40 МПа в течение 3 мин, а из смесей, содержащих более 50% щебня, - комбинированным методом: сначала вибрируют образец в форме на вибростоле в течение (3,0 +/- 0,1) мин при вертикальной нагрузке на смесь (30 +/- 5) кПа, затем форму с образцом устанавливают на плиту пресса и доуплотняют под давлением (20,0 +/- 0,5) МПа в течение 3 мин.

По зарубежным стандартам методы приготовления лабораторных асфальтобетонных образцов принципиально отличаются от отечественных методов. В стандарте EN 12697-10:2011 описаны три метода лабораторного уплотнения асфальтобетонных смесей: ударное уплотнение по EN 12697-30:2004+A1:2007(E) (метод Маршалла), конусное вращательное уплотнение по EN 12697-31:2004 и вибрационное уплотнение по EN 12697-32:2003. На основании полученных тестов назначают составы и методы уплотнения асфальтобетонных смесей в зависимости от конструктивных слоев асфальтобетонных покрытий с последующим выбором соответствующей уплотняющей техники.

Изготовленные по EN 12697-34:2004+A1:2007(E) образцы Маршалла испытывают на стабильность, текучесть, водонасыщение и т.д. Эти показатели наряду с другими введены в европейские и американские стандарты (EN 13108-1:2006, EN 13108-4:2006, EN 13108-5:2006, AASHTO D: PP 41-02 и др.) на асфальтобетон.

Как показали результаты исследований, дробимость щебня в асфальтобетонных образцах, уплотненных периодически падающим грузом уплотнителя Маршалла, намного ниже, чем у образцов, уплотненных под статическим давлением 40 МПа по ГОСТ 12801-98 (таблица 5). Дробимость щебня в асфальтобетонных образцах, уплотненных методом статического прессования, комбинированным методом по ГОСТ 12801-98 уплотнителем Маршалла по EN 12697-30:2004+A1:2007(E), значительно снижается (см. таблицу 5). Представленные результаты подтверждаются в работе [3].

Примечание - Через косую даны показатели материала заполнителя соответственно для известняка, гранита и дробленого гравия.

4.3 Дробимость щебня при уплотнении асфальтобетонных смесей не учитывается при определении такого важного показателя, как коэффициент уплотнения K_у, характеризующий степень уплотнения асфальтобетона в покрытии. Этот коэффициент определяется по соотношению плотности образца асфальтобетона при 20 °C, взятого из покрытия, к плотности переформованного образца (раздел 26 ГОСТ 12801-98). Переформовка асфальтобетонного образца при высоких температурах согласно данным таблицы 6 вызывает старение битума, а уплотнение переформованной асфальтобетонной смеси - дробление щебня, что меняет физико-механические свойства переформованного образца по сравнению со свойствами исходного непереформованного образца. В то же время в пункте 6.1.1 ГОСТ 12801-98 при изготовлении образцов для определения физико-механических свойств указывается, что повторная переформовка лабораторных образцов не допускается.

Примечание - В числителе приведены значения показателей свойств отформованных и переформованных образцов, определенные по ГОСТ 12801-98, в знаменателе - выполненные с помощью ручного ударного уплотнителя Маршалла.

Результаты испытаний асфальтобетонных образцов, отформованных в лаборатории, и потом этих же переформованных образцов показали (см. таблицу 6), что у переформованных образцов показатели средней плотности и прочности значительно выше. Таким образом, определение коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытиях по ГОСТ 12801-98 не может служить характеристикой этого показателя.

В настоящем методическом документе представлена новая методика определения коэффициента уплотнения K_у асфальтобетона в покрытии по соотношению средней плотности образца, взятого из контролируемого слоя покрытия, к средней плотности образца, взятого из эталонного участка покрытия, построенного в соответствии с технологическим регламентом и существующими нормативными требованиями на асфальтобетоны и технологию их укладки и уплотнения.

Методика приготовления асфальтобетонных образцов с помощью ручного ударного уплотнителя применяется для образцов из смесей, укладываемых в покрытие эталонного участка и контролируемые участки покрытия. Значения средней плотности при температуре 20 °C образцов Маршалла, изготовленных из смесей, укладываемых на эталонном участке и контролируемых участках покрытий, позволяют судить о постоянстве качества асфальтобетонных смесей, поступающих на место производства работ. Причем изготовление образцов Маршалла из асфальтобетонной смеси, предполагаемой для укладки на эталонном участке покрытия, производят при различном числе ударов падающего груза: 75, 65, 55 и 45. Через 1 сут в лаборатории определяют среднюю плотность при температуре 20 °C таких образцов при уплотнении и строят зависимость "средняя плотность - число ударов падающего груза". Через 1 сут после укладки асфальтобетонного покрытия на эталонном участке берут вырубку и определяют среднюю плотность образца при температуре 20 °C. Из зависимости "средняя плотность - число ударов падающего груза" определяют число ударов N_э, при котором достигается значение средней плотности, равное .

Последующий контроль строительства асфальтобетонного покрытия осуществляют по показателям средней плотности образцов Маршалла, приготовленных из асфальтобетонной смеси, поступившей на контролируемый участок укладки смеси, при числе ударов падающего груза, равном N_э, и средней плотности образца-вырубки, взятого из покрытия эталонного участка, равной . По значениям и судят о постоянстве качества асфальтобетонной смеси, поступающей на место производства работ. Сравнение показателей плотности образцов-вырубок из покрытия контролируемого участка и позволяет определять в конечном итоге качество асфальтобетона, уложенного в это покрытие. Кроме того, упомянутая методика может использоваться для приготовления образцов по Маршаллу, их испытания по зарубежным стандартам с последующим определением соответствия показателей качества асфальтобетонов зарубежным нормативам.

Сущность метода заключается в определении температуры перемешивания асфальтобетонной смеси в лабораторном смесителе, при которой асфальтобетонные образцы имеют максимальное значение прочности на растяжение при расколе, определяемой при температуре 0 °C и скорости движения плиты пресса (50 +/- 1) мм/мин согласно разделу 16 ГОСТ 12801-98.

Асфальтобетонную смесь в количестве 3 кг перемешивают при заданной температуре в интервале от 125 °C до 200 °C в лабораторном смесителе (например, СУДР-2, рисунок 1) в течение 1,5 мин.

Образцы диаметром и высотой 70,1 мм прессуют из смеси при температуре от 130 °C до 155 °C согласно ГОСТ 12801-98 под давлением 40 МПа в течение 3 мин, постепенно доводя давление до этого значения в течение 40 с. Температура формы и пуансонов 90 °C - 100 °C. Определение прочности на растяжение при изгибе образцов производят не ранее, чем через 12 ч после их изготовления.

По зависимости, представленной на рисунке 2, находят оптимальную температуру перемешивания смеси.

Уплотняющее устройство состоит из рамы со стальной опорной плитой, укрепляемой на деревянной стойке, формы с насадкой, подставки под формы, уплотняющего штампа со штангой и грузом (рисунок 3).

Раму укрепляют на деревянной стойке, расположенной на бетонном основании. Деревянная стойка и рама должны быть установлены в строго вертикальном положении, а опорная плита - в строго горизонтальном.

Перед изготовлением образцов форму с насадкой, подставку и уплотняющий штамп (со снятой штангой) нагревают до 90 °C - 100 °C и собирают на опорной плите. На дно формы помещают круг фильтровальной бумаги диаметром 10 см и загружают небольшими порциями предварительно взвешенную и нагретую асфальтобетонную смесь, равномерно распределяя ее штыкованием.

Поверхности смеси придают слегка выпуклую форму и устанавливают на нее нагретый штамп, предварительно навинченный на штангу с грузом. Уплотняют смесь 50-ю ударами периодически падающего с высоты 45 см груза массой 4,55 кг для образцов асфальтобетонов, применяемых в покрытиях со средней интенсивностью движения автомобилей, и 70-ю ударами - для образцов, используемых в покрытиях с интенсивным движением. Затем форму переворачивают, насадку укрепляют с другого конца формы и производят еще соответственно 50 или 75 ударов. Далее форму насаживают на полый стальной цилиндр внутренним диаметром 105 мм, и образец осторожно выдавливают из формы с помощью уплотняющего штампа.

Ориентировочное количество асфальтобетонной смеси, требующейся на один образец (диаметром 101,5 мм, высотой (63,5 +/- 1,0) мм) при испытании, составляет 1100 - 1200 г.

В процессе изготовления образцов количество смеси уточняют в зависимости от уплотняемости и средней плотности входящих в ее состав материалов.

Навеску g, требуемую для получения образца соответствующей высоты, определяют по формуле

где g_о - масса пробных образца, г;

h - требуемая высота образца, мм;

h_o - высота пробного образца, мм.

Образцы из асфальтобетонных смесей испытывают не ранее, чем через 12 часов.

Сущность метода заключается в определении отношения средней плотности вырубок (кернов), взятых на контролируемых участках покрытия, к средней плотности вырубок (кернов), взятых из покрытия эталонного участка, построенного по утвержденным действующим нормативам и технологическому регламенту (коэффициента уплотнения).

Образцы-вырубки (керны) отбирают и подготавливают к испытанию в соответствии с требованиями, изложенными в подразделе 4.2 настоящего методического документа, и испытывают на основе требований, изложенных в разделе 7 ГОСТ 12801-98.

Коэффициент уплотнения K_у вычисляют с точностью до второго десятичного знака методом округления по формуле

где , - средняя плотность образца (вырубки) соответственно из контролируемого слоя и эталонного участка покрытия, кг/м³.

Сущность методики контроля качества и однородности асфальтобетонных смесей, доставляемых на место производства работ, заключается в сравнении средних плотностей образцов, приготовленных с помощью ручного ударного уплотнителя Маршалла из асфальтобетонных смесей, поступивших для укладки в покрытия соответственно на эталонный и контролируемый участки.

Нагрев формы с насадкой, подставки под форму и уплотняющего штампа уплотнителя Маршалла до температуры 90° - 100 °C осуществляют при погружении их в горячую асфальтобетонную смесь или на песчаной бане газовой горелкой.

Отбор проб асфальтобетонных смесей на месте производства работ производят из кузовов автомобилей-самосвалов согласно подразделу 4.1 ГОСТ 12801-98.

Изготовление образцов Маршалла из асфальтобетонной смеси, поступившей на эталонный участок покрытия, производят при 75, 65, 55, 45 ударах падающего груза. Через 1 сут в лаборатории определяют среднюю плотность при температуре 20 °C образцов при уплотнении и строят зависимость "средняя плотность - число ударов падающего груза". Через 1 сут после укладки асфальтобетонного покрытия берут вырубку и определяют среднюю плотность образца-вырубки при температуре 20 °C.

Из зависимости "средняя плотность - число ударов падающего груза" определяют число ударов N_э, при котором достигается значение средней плотности, равное .

Последующий контроль строительства асфальтобетонного покрытия осуществляют по показателям средней плотности образцов Маршалла, приготовленных с помощью ручного ударного уплотнителя из асфальтобетонной смеси, поступившей на контролируемый участок укладки смеси, при числе ударов, равном N_э, и средней плотности образца-вырубки , взятого из покрытия эталонного участка. По значениям плотности асфальтобетонных образцов и судят о постоянстве качества асфальтобетонной смеси, поступающей на место производства работ. Сравнение показателей плотности образцов-вырубок из покрытия контролируемого участка и эталонного участка позволяет определить в конечном итоге качество асфальтобетона, уложенного в покрытие контролируемого участка.

Таким образом, с помощью данной методики можно контролировать качество асфальтобетонной смеси, поступившей на место производства работ, а также качество укладки и уплотнения асфальтобетона в покрытии.

Ручной ударный уплотнитель может использоваться для приготовления образцов по Маршаллу в лаборатории и их испытания по зарубежным стандартам с последующим определением соответствия показателей качества асфальтобетонов зарубежным нормативам.

Руководитель организации-разработчика

Открытое акционерное общество

"Спецуправление дорожных работ" (ОАО "СУДР")

Директор _______________________ Ф.Г. Мирзаев